DD217541A1 - Elektrochemisches entzinken und neutralisieren von verzinkten werkstuecken - Google Patents

Abstract

Die im Kraftwerks- und Chemieanlagenbau, Schiffsbau usw. in hydraulischen Kreislaeufen eingesetzten verzinkten Stahlrohre werden an ihren Enden durch Schneidringverschraubungen, Schweisskugelbuchsen oder direktes Zusammenschweissen druckdicht miteinander verbunden, wobei im Bereich der Verbindungsarten der Zinkmantel entfernt werden muss, ohne das Grundmaterial anzugreifen. Anstelle der mechanischen Bearbeitung, insbesondere auf den Montagebaustellen, soll das abschnittsweise Entzinken kostenguenstig, mit geringem Zeitaufwand und umweltfreundlich erfolgen. Aufgabe ist es, die Zinkschicht elektrochemisch abzutragen und die Flaechen anschliessend zu neutralisieren, dabei giftfreie, wenig aggressive Chemikalien einzusetzen, deren Abprodukte umweltfreundlich entsorgt werden koennen, und dabei auf den Baustellen vorhandene Geraete einzusetzen. Das wird dadurch erreicht, dass als Stromquelle eine Schweissmaschine oder ein Schweisstrafo mit Gleichrichter verwendet wird, dem ein Steuergeraet mit Umpoleinrichtung nachgeschaltet ist, als Elektrolyt eine Kochsalzloesung angewendet wird und der Entzinkungsprozess nur in einer ringspaltfoermigen Aktivzone unter staendiger Umwaelzung und Filterung des Elektrolyts erfolgt und die Neutralisierung ohne chemische Hilfsstoffe erfolgt. Figur

Description

Elektrochemisches Sntzinken und Neutralisieren von verzinsten Werkstücken >

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrochemischen Bntzinken und Neutralisieren von verzinkten Werkstücken,,. insbesondere Stahlrohren, die im Kraftwerks- und Chemieanlagenbau, Schiffsbau usww-als Druckrohre in hydraulischen Kreisläufen eingesetzt und im Hohrleitungss^stem an den. Sohrenden durch Schneidringverschraubungen, SchweiJ3kugeibuehsen oder durch direktes Zusammenschweißen druckdicht miteinander verbunden werden, wobei im Bereich der Verbindungsarten der mit unterschiedlicher Dicke aufgetragene Zinkmantel auf einer.Länge von 15 bis 30 ^m - in Abhängigkeit vom Rohrdurchmesser - entfernt werden muß, ohne das Grundmaterial anzugreifen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind Verfahren bekannt, bei denen z. 3. feuer- oder galvanisch verzinkte Stahlrohre an ihren 3nden mechanisch durch Abfeilen oder Abschleifen van Hand, Abfräsen oder 5¹Iammerhitzen mit anschließendem Abbürsten mittels Drahtbürste der Zinkmantel entfernt wird. Diese Verfahren, die insbesondere auf den Montagebaustellen vorherrschend sind, besitzen jedoch eine Heihe von Nachteilen. Sie sind sehr zeitaufwendig, mit schwerer körperlicher Belastung ver-'

bunden und gesundheits- und umiseltschädigend. Beim Abfeilen oder Abschleifen werden die zu entzinkenden Werkstückabschnitte oft deformiert, es entstehen Vielecke, die zu Undichtheiten· beim Einsatz von Schneidringverschraubungen führen. Eingefeilte oder» eingeschliffene Kerben im Grundmaterial führen zu Hohrberstungen, 'wobei besonders im Schiffbau die Gefahr.-groß ist, da neben den im hydraulischen System abzufangenden Druckstößen noch zusätzliche Schwingungsbelastungen auftreten.

Beim Erhitzen mit der Schweißflamme wird die mechanische Dauerfestigkeit des Grundmaterials negativ beeinflußt, die dabei entstehenden Zinkdämpfe sind gesundheitsschädlich,' und-außerdem müssen umfangreiche Arbeits- und Brandschutzbestimmungen beachtet werden.

Bekannt sind auch chemische Verfahren, wie das Abbeizen · mit Salzsäure und das Entmetallisierungsverfahren.. Das Ab-: beizen mit HCl erfordert einen dafür hergerichteten Säurearbeitsplatz, spezielle, Säurebecken, Säurelagerung,.-Säure-' rückstands- und Badrückstandsentsorgung.. Die abgebeizten Werkstücke müssen in einem speziellen Neutralisationsbekken neutralisiert und.diese'flüssigkeit ebenfalls entsorgt werden. Beim Entzinken bildet sich hier ein explosives Wasserstoff-Luft-Gemisch. Säurereste und -dämpfe greifen .benachbarte Metallteile an. Auf unseren Werften ist das Arbeiten mit Säuren auf den Außenmontagestellen verboten. Das Entmetallisierungsverfahren wird als Heparaturfall in Galvanobetrieben angewendet. Ss erfolgt ausschließlich'mit teuren Spezialeinrichtungen der Galvanoindustrie im stationären. Betrieb. Eine abschnittsweise Sntmetallisierung ist nicht bekannt, und auf Grund der hohen Kosten und ausschließlich stationären Betriebseinsatz sowie der geringen Abtragsgeschwindigkeit ist dieses Verfahren für das Entzinken von kleinen Abschnitten des Werkstückes nicht geeignet.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung bestellt darin, das abschnittsweise Bntzinken von Werkstücken an den Verbindungs-, Schweif- und Abdichtstelleh so zu verbessern, daJ es kostengünstig, mit geringem Zeitaufwand und hoher Qualität,' umweltfreundlich und gesundheitsschonend erfolgt und sowohl stationär in Betrieben als auch insbesondere auf Montagebaustellen ein- . setzbar ist. . ,

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zinkschicht' an den Werkstücken elektrochemisch abzutragen, ohne dl© , Oberfläche des Grundmaterials zu beschädigen und diese Flächen anschließend zu neutralisieren, dabei giftfreie und wenig aggressive Chemikalien einzusetzen, deren Abprodukte umweltfreundlich entsorgt werden können, wobei die Ausrüstung der Anlage im wesentlichen mit in der Indu- strie bzw, auf den Montagebaustellen vorhandenen handelsüblichen Geräten erfolgen soll.

Diese Aufgabe wird dadurch'gelöst, daß von einem einer Stromquelle nachgesehalteten Steuergerät der Pluspol über eine, Umpoleinrichtung an einer isolierten Stromschiene anliegt, die mittig über einen mit H₂O + HaCl.gefüllten 31ektrolytbehälter und einen mit HpO gefüllten Neutralisierüngsbehälter angeordnet ist und an der Stromschiene ein · horizontal verschiebbarer Schleifkontakt angreift, an dem eine flexible Leitung angeschlossen ist, deren Ende eine modifizierte Schweißzange trägt, die am 7/erks'tück anliegt, wobei das Werkstück in einer seitlich verschiebbaren isolierten Haltevorrichtung eingespannt ist, und 'der von der Umpoleinrichtung kommende Minuspol an ein Absaugrohr bzw. an Kathodenblechen angeschlossen ist und der Pluspol mit im Neutralisierungsbehälter angeordneten Anodenblechen verbunden ist.

Als Stromquelle dient eine handelsübliche Schweißmaschine oder ein Schweißtrafο mit Gleichrichter, die ein Arbeiten

' 2 mit relativ hohem Gleichstrom von 70 bis.90. A/dm und damit eine hohe Abtragsgeschwindigkeit ermöglichen.' . Als Elektrolyt findet eine Kochsalzlösung Anwehdung, die ungiftig, wenig aggressiv und gesundheitsschädlich.ist, wobei der Entzinkungsprozeß nur in einer ringspaltförmigen energieökonomischen Aktivzone unter.ständiger Umwälzung und Filterung des Elektrolyten erfolgt. ' , Ein weiteres Merkmal besteht'darin, daß beim Überführen in das Neuträlisierungsbad das eingespannte Werkstück in der seitlich· verschiebbaren Haltevorrichtung und der modifi- , zierten Schweißzange verbleibt und durch die Umpoleinrich-. tung mittels eines Umpolschalters"die Umpolung.des Werkstückes von Plus- auf Minuspotential, unter gleichzeitiger Ausschaltung des Minuspotentials am .Absaugrohr und Einschaltung des Pluspotentials an die Anodenbleche, erfolgt, und daß ,die im ständig umgewälzten Neutralisierungsbad auf dem, Werkstück befindlichen Chloridionen ohne chemische Hilfsstoffe elektrochemisch abdissoziiert werden. Durch eine am Absaugrohr· angeordnete Trennstelle ist das mit dem abgetragenen Zink behaftete Sathodenteil in der Aktivzone zur Rückgewinnung des Zinkes auswechselbar gestaltet. -' ^:

Weitere Merkmale der Erfindung bestehen darin, daß durch den Einsatz von Kochsalzlösung als Elektrolyt keine umweit schädig ende η Abprodukte entstehen und dadurch kostenaufwendige Entsorgungseinrichtungen entfallen und die Stromquelle ohne Hilfsmittel mit wenigen Handgriffen von. der. Entzinkungsanlage getrennt und au ihrem ursprünglichen Zweck als Schweißaggregat genutzt werden kann.

Ausführungsbeispiel '

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt im

Schnitt den Aufbau einer elektrochemischen Entzinkungs- und Neutralisationsanlage für Stahlrohrenden. :

Die sekuhdärseitigen Anschlüsse einer Stromquelle 1, eine handelsübliche und auf den Montagebausteilen vorhandene Schweißmaschine oder ein Schweißtrafo mit Gleichrichter, sind durch schnell lösbare Kabel mit einem Steuergerät 2

: verbunden, indem eine ümpoleinrichtung 3, die die Schalt— . impulse von einem fuß- oder handbetätigten Umpolschalter 4 erhält, ein Strom- und Spannungsmesser sowie Umwälzpumpen-

f~ schalter angeordnet sind. Der Pluspol 5 ^*^ ¹^ vom Steuergerät 2 über die ümpoleinrichtung 3 zu einer isolierten . Stromschiene 5, von der er über einen horizontal verschiebbaren Schleifkontakt 7₅ einer flexiblen elektrischen Zuleitung, an deren Ende eine modifizierte Schweißzange 8 angeordnet ist, am Werkstück 9 anliegt. Das Werkstück 9> i^m Beispiel ein Stahlrohr, ist in einer isolierten, ebenfalls seitlich verschiebbaren, den spezifischen Bedingungen angepaßte Haltevorrichtung 10 eingespannt. Unterhalb der Stromschiene 5 ist mittig ein handelsüblicher Kunststoff- oder kunststoffausgekleideter Slektrolytbehälter 11 und daneben ein Neutralisierungsbehälter 12 angeordnet. Im Elektrolytbehälter 11 befindet sich als Kathode ein Absaugrohr 13,

v, das über die Umpoleinrichtung 3 sii^ dem Minuspol 14 verbunden ist, wobei der Teil des Absaugrohres 13» <ler das zu entzinkende, Werkstück 9 in der Aktivzone 18 umschließt, zum Zwecke der Zi-nkrückgewinnung durch eine Trennstelle 15 auswechselbar gestaltet ist. Massenentzinkungen werden zusätzlich Kathodenbleche 16 eingehangen, die mit dem Minuspol verbunden sind, an dem sich das restliche gelöste Zink niederschlägt. Das Elektrolyt besteht aus einer gesättigten Natriumchlorid-Lösung CEL>0 + NaCl), das durch eine Umwälzpumpe 17 aus der Aktivzone 18 abgesaugt und über ein Siebfilter 19 dem Slektrolytbehälter 11 gereinigt wieder zugeführt wird. Im Neutralisierungsbehälter 12 sind Anodenbleche 20 eingehangen, die über die Umpoleinrichtung 3 niit dem Pluspol verbunden sind. Der Neutralisierungsbehälter

12 ist mit Leitungswasser (H₂O) gefüllt, das durch eine Umwälzpumpe 21 ständig bewegt wird.

Der Sntzinkungs-- und Neutralisationsvorgang läuft wie folgt ab. Nach dem Eintauchen des in der HalteVorrichtung 10 fixierten Werkstückes 9 auf die gewünschte .Länge in die Hatriumehloridlösung und der Einstellung der Stromstärke zwi-

2

sehen 70 und 90'A/dm an der Schweißstromquelle - in Abhängigkeit von der Größe des Werkstückes 9j des Elektrolytwiderstandes, der Temperatur sowie der Größe des Elektrolytbehälters 11 - wird die Umwälzpumpe 17 eingeschaltet. Durch Einschalten des Hauptschalters der Stromquelle 1 liegt über' die umpoleinrichtung 3 der Pluspol 5 an der Stromschiene·6 und damit am Werkstück 9 an- Gleichzeitig ist der Minuspol 14 mit dem kathodischen Absaugrohr '13. und den Kathodenblechen 16 verbunden. Im Bereich; der Aktivzone 1S wird nun das Zink,- ohne das Grundmaterial anzugreifen, elektrochemisch abgetragen, d. tu, die Zinkatome werden durch Abgabe von zwei Elektronen zu Zinkionen, diese lösen sich vom.anodischen Werkstück 9.und schlagen sich am kathodischen Absaugrohr 13 bzw« an den Kathodenblechen 16 nieder. Da oberhalb der Wasserzerlegungsspannung gearbeitet wird, werden/ geringe Mengen H₂ und O₂ als Gasbläschen abgeschieden, die durch die Umwälzpumpe 17 abgesaugt werfen, wobei das Elektrolyt über das Siebfilter I9 zurück in den Elektrolytbehälter gedruckt wird. Dadurch wird ständig frisches gasfreies Elektrolyt in die Aktivzone 18 geleitet, wodurch·' die Äbtragszeiten extrem kurz gehalten werden, so daß sie ·. bei 20 bis 30 Sekunden gegenüber den bekannten Verfahren . mit 5. .Minuten bis zu einer Stunde liegen. Beim äntzinkungsvbrgäng entstehen als Abprodukte noch Zinksulfid ZnS und Eisensulfid FeS,/die im Wasser schwerbaw.· unlöslich und damit nicht umweit schädlich, sind. Auf dem entzinkten Werkstück 9 setzen sich sofort schädliche Chlorionen Cl" an, die mit dem Fe eine unerwünschte , chemische Verbindung zu Bisenchlorid PeCL₂ eingehen, die . zu starken Korrosionserscheinungen führt, Ein einfaches

Spülen im Leitungswasser würde die Chlorionen nur unvollständig vom Eisen entfernen, so daJS es notwendig ist, den entzinkten Abschnitt elektrochemisch zu neutralisieren." Dazu wir el·, die Stromquelle 1 abgeschaltet, das- Werkstück 9aus dem Elektrolyt herausgenommen und auf die doppelte Länge des entzinkten Abschnittes in den mit Leitungswasser ge- \ füllten Heutralisierungsbehälter 12 zwischen die in einem definierten Abstand angeordneten Anodenbleche 20 eihge- taucht, dabei bleibt die Schweißzange 8 am. Werkstück.'Nach Einschaltung der,Umwälzpumpe21 und Betätigung des Umpolschalters 4- liegt nun an der Stromschiene 5 und damit am Werkstück 9 die Minusspannung und das Plus-Potential an den Anodenblechen 20'an, und im anodischen Spülbad werden die · Chlorionen abdissoziiert. Um im schlecht leitenden H₂O einen wirksamen Strom flieJBen zu lassen, ist eine höhere Spannung notwendig als im gut leitenden Elektrolyten des Entzinkungs- ; bades. Hier wird der Effekt der Schwei^strommaschine ausgenutzt, daJ3.bei Leerlauf, d. h. bei unbelastetem StromfIuJB durch HpO, automatisch eine etwa doppelt so hohe Leerlaufspannung abgegeben wird als im belasteten Zustand. Beim Dissoziieren überzieht sich das Werkstück 9 niit einer hauchdünnen Eisenhydroxidschicht Fe(OH)₂J die sich beim Heraus-, nehmen des Werkstückes aus dem Bad, je nach den Trocknungs- bedingungen, in Eisenoxid EeO; ^e₂Qo oder Fe-,0^, verwandelt. Diese nicht aggressive Eisenoxids chi cht wird abgewischt, und das Werkstück 9 kann der weiteren Bearbeitung zugeführt werden.

Im Beispiel wurde der Vorgang anhand eines Stahlrohres erläutert; die vorhandene Leistung einer Schweißmaschine, ist gedoch so groB, daB mehrere Werkstücke.zur gleichen Zein in den gleichen Behältern entzinkt und neutralisiert werden können. . .

Die Vorteile der Erfindung bestehen-darin,'daJ3

- durch die große Reaktionsgeschwindigkeit in elektrochemischen Bad eine hohe Steigerung der Arbeitsproduktivität

erreicht wird,

-die beim Feilen oder Schleifen notwendige große körperliche Beanspruchung sowie das Sin- und Umspannen der Rohre entfällt,' ; .-,. '

- das Grundmaterial nicht angegriffen, die Qualität der Verbindungen' wesentlich verbessert und damit die Funktionsfähigkeit eier Anlagen erhöht wird,· '

- durch die Anwendung des billigen und hautschonenden Koch- salzes als Elektrolyt keine besonderen Arbeitsschutzmaßnahmen erforderlich sind und die geringen^umweltfreundlichen Abprodukte kostengünstig entsorgt werden,

-das abgetragene Zink zur erneuten Verhüttung zurückgewonnen werden kann, , , . . .

- 'eine einwandfreie, vollständige und umweltfreundliche neutralisation durch Abdissoziieren der Chloridionen im Leitungswasser erfolgt, ' ' _;

- in den Betrieben und auf den Montagebaustellen vorhandene Schweißmaschinen als Stromquelle eingesetzt werden, die sofort betriebsbereit sind und durch einfaches Abklemmen von der Entzinkungsanlage als Schweißaggregat wieder zur Verfügung stehen-, '

Damit stellt die Erfindung ein Rationalisierungsmittel dar, das sowohl in Betrieben und Schweißereien als auch insbesondere als transportable Anlage auf den Montagebaustellen ökonomisch eingesetzt werden kann.

Claims (8)

Erfindungsanspruch

1.' Elektrochemisches antzinken und Neutralisieren von ver zinkten Werkstücken, insbesondere Stahlrohren, die im Kraft werks- und Chemieanlagenbau, Schiffsbau usw. als Druckrohre in. hydraulischen Kreisläufen eingesetzt und im-Rohrleitungs system an den Rohrenden durch Sehneidringverschraubungen, Schweißkuge!büchsen.oder durch direktes Zusammenschweißen druckdicht miteinander verbunden werden, wobei im Bereich der Verbindungsarten der mit unterschiedlicher Dicke aufgetragene Zinkmantel auf eine Länge von 15 bis 30 mm. - in Abhängigkeit vom, Hohrdurchmesser - entfernt werden muß, ohne das Grundmaterial anzugreifen, g e k e η η ζ eichne t dadurch , ' daß von einem einer'Stromquelle (1) nachgeschalteten Steuergerät (2) der Pluspol (5) über eine Umpoleinrichtung (3) an einer isolierten Stromschiene

2. Elektrochemisches Sntzinken und Neutralisieren nach Punkt 1, -gekennzeichnet dadurch, daß, die Stromquelle (1) eine-handelsübliche Schweißmaschine oder ein Schweißtrafo mit Gleichrichter ist, die ein Arbeiten mit einem relativ hohen Gleichstrom von 70 bis 90 A/dm ermöglichen.

3·· Elektrochemisches Ent zinken .und Neutralisieren nach Punkt 1 und 2, g e k. e η η ζ e i c h η e t da-.' d u rc h , - daß als Elektrolyt eine gesättigte Kochsalzlösung verwendet wird, die ungiftig, wenig aggressiv und gesundheitsschädlich ist und der Entzinkungsprozeß nur in einer, ringspaltförmigen energieökonomischen Aktivzone (18), unter ständiger Umwälzung und Filterung des Elektrolyten erfolgt. ' . -' .

4. Elektrochemisches Entzinken 'und Neutralisieren nach Punkt 1 bis- 3» gekennzeichnet dadurch, daß beim Überführen in da3 Neutralisierungsbad das eingespannte Werkstück (9.)in der seitlich verschiebbaren-Hai te vorrichtung (10) und der modifizierten Schweißzange, (8) verbleibt und durch die Umpoleinrichtung (3) mittels eines ümpölschalters (4·) die ümpolung des Werkstuckes -"(9.) von Plus- auf Minuspotential, unter gleichzeitiger Ausschaltung des Minuspotentials am Absaugrohr (13) und Einschaltung' des Pluspotentials an die Anodenbleche (20) erfolgt../'

5... Elektrochemisches Zintzinken und Neutralisieren nach, Punkt 1 bis '5₅ gekennzeichnet da- . d u r c h , . daß durch eine am Absaugrohr (13) angeordnete 'Irennstelle (15) clas mit dem abgetragenen Zink behaftete Sathodenteil in der Aktivzone (18) zur Rückgewinnung des Zinkes auswechselbar gestaltet ist. . \ .

5· Elektrochemisches Entzinken und Neutralisieren nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet da- . du r c' h , daß im ständig umgewälzten Neutralisierungsbad die auf dem Werkstück (9) befindlichen Chldridionen ohne chemische Hilfsstoffe elektrochemisch abdissoziiert werden.. ^s _: ,

(6) anliegt, die mittig über einen mit HpO ·+ NaCl gefüllten Elektrolytbehälter (11) und. einen mit H^O gefüllten' itfeutralisierungsbehälter (12) angeordnet ist und an der Strom- . . schiene (6) ein horizontal verschiebbarer Schleifkontakt

7·' ' Sllektrochemisches Entzinken und Neutralisieren nach Punkt 1 bis δ, gekennzeichnet da-

durch. , daß durch den Einsatz von Kochsalzlösung als Elektrolyt keine umweltschädigenden Abprodukte entstehen . und dadurch kostenaufwendige Entsorgungseinrichtungen entfallen«

(7) angreift, an dem eine flexible Leitung angeschlossen ist, deren Ende eine modifizierte Schweißzange (S) trägt, die am Werkstück (9) anliegt, wobei das Werkstück (9) in einer seitlich verschiebbaren isolierten Haltevorrichtung , (10) eingespannt ist, und der von der Umpoleinrichtung (3) kommende Minuspol (14) -an ein Absaugrohr (13) bzw. an Kathodenblechen '(16) angeschlossen ist und der Pluspol'mit im. Neutralisierungsbehälter (12) angeordneten-Anodenblechen (20) verbunden ist.

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8. Elektrochemisches Entzinken und Neutralisieren nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch,, daß die Stromquelle (1) ohne Hilfsmittel mit wenigen Handgriff en von der Entzinkungsanlage getrennt und wieder als Schweißaggregat genutzt werden kann. ^v

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